Java基础之容器（总结）

二、容器

Java 容器都有哪些？
Java 容器分为 Collection 和 Map 两大类，其下又有很多子类，如下所示：

Collection
List
 -ArrayList
 -LinkedList
 -Vector
 -Stack

Set
 -HashSet
 -LinkedHashSet
 -TreeSet

Map
HashMap
 -LinkedHashMap

TreeMap
ConcurrentHashMap
Hashtable
数据容器主要分为了两类：

Collection: 存放独立元素的序列。

Map：存放key-value型的元素对。（这对于需要利用key查找value的程序十分的重要！）



Collection 和 Collections 有什么区别？

Collection是一个接口，它是Set、List等容器的父接口；Collections是个一个工具类，提供了一系列的静态方法来辅助容器操作，这些方法
包括对容器的搜索、排序、线程安全化等等。

List、Set、Map 之间的区别是什么？

List、Set、Map 的区别主要体现在两个方面：元素是否有序、是否允许元素重复。

三者之间的区别，如下表：






List：有序集合，元素可重复
Set：不重复集合，LinkedHashSet按照插入排序，SortedSet可排序，HashSet无序
Map：键值对集合，存储键、值和之间的映射；Key无序，唯一；value 不要求有序，允许重复
--List Set Map 之间的区别
List是可重复集合，Set是不可重复集合，这两个接口都实现了Conllection父类接口。
但是，Map并没有继承Conllection，他是一个独立的接口，Map是一种把键对象和值对象进行映射的集合，他的每一个元素都包含了一对键对象和值对
象，Map中存储的数据是没有顺序的，它的key是不能重复的，他得值是可以有重复的。


--List的实现类（ArrayList，Vector，LinkedList）
ArrayList和Vector内部是线性动态数组结构，所以查询效率上会高很多，Vector是线程安全的，相比ArrayList线程是不安全的，所以性能会稍慢一些。
LinkedList：是双向链表的数据结构存储数据，在做查询时会按照序号索引数据进行前向和后向遍历，查询效率偏低，但插入数据时只需要记录本项的前后项即可，所以插入速度较快。


Set的实现类有HashSet和TreeSet
HashSet：它的内部是哈希表(实际上是一个HashMap实例)支持的。但他不保证set元素的迭代顺序。
TreeSet：TreeSet使用元素的自然顺序对元素进行排序，或者根据创建set时提供的Comparator进行排序。
Map接口有三个实现类：Hashtable，HashMap，TreeMap，LinkedHashMap
Hashtable：内部存储的键值对是无序的，是按照哈希算法进行排序，与HashMap最大的区别就是线程安全。键或者值不能为null，为null就会抛出空指针异常。
TreeMap：基于红黑树（red-black tree）数据结构实现，按key排序，默认的排序方式升序。
LinkedHashMap：有序的Map集合实现类，相当于一个栈，先put进去的最后出来，先进后出。
List和Map区别
一个是存储单列数据的集合，另一个是存储键和值这样的双列数据的集合，List中存储的数据是有顺序，并且允许重复，Map中存储的数据是没有顺序的，其key是不能重复的，他得值是可以有重复的。

红黑树的基本原理（浅谈）

红黑树定义和性质
红黑树是一种含有红黑结点并能自平衡的二叉查找树。它必须满足下面性质：
性质1：每个节点要么是黑色，要么是红色。
性质2：根节点是黑色。
性质3：每个叶子节点（NIL）是黑色。
性质4：每个红色结点的两个子结点一定都是黑色。
性质5：任意一结点到每个叶子结点的路径都包含数量相同的黑结点。
从性质5又可以推出：
性质5.1：如果一个结点存在黑子结点，那么该结点肯定有两个子结点


红黑树并不是一个完美平衡二叉查找树，根结点P的左子树显然比右子树高，但左子树和右子树的黑结点的层数是相等的，也即任意一个结点到到每个叶子结点的路径都包含数量相同的黑结点(性质5)。所以我们叫红黑树这种平衡为黑色完美平衡。

只需要记住红黑树总是通过旋转和变色达到自平衡

红黑树查找
因为红黑树是一颗二叉平衡树，并且查找不会破坏树的平衡，所以查找跟二叉平衡树的查找无异：
从根结点开始查找，把根结点设置为当前结点；
若当前结点为空，返回null；
若当前结点不为空，用当前结点的key跟查找key作比较；
若当前结点key等于查找key，那么该key就是查找目标，返回当前结点；
若当前结点key大于查找key，把当前结点的左子结点设置为当前结点，重复步骤2；
若当前结点key小于查找key，把当前结点的右子结点设置为当前结点，重复步骤2；
红黑树插入
插入操作包括两部分工作：一查找插入的位置；二插入后自平衡。查找插入的父结点很简单，跟查找操作区别不大：
从根结点开始查找；
若根结点为空，那么插入结点作为根结点，结束。
若根结点不为空，那么把根结点作为当前结点；
若当前结点为null，返回当前结点的父结点，结束。
若当前结点key等于查找key，那么该key所在结点就是插入结点，更新结点的值，结束。
若当前结点key大于查找key，把当前结点的左子结点设置为当前结点，重复步骤4；
若当前结点key小于查找key，把当前结点的右子结点设置为当前结点，重复步骤4；

综上，红黑树删除后自平衡的处理可以总结为：
自己能搞定的自消化
自己不能搞定的叫兄弟帮忙
兄弟都帮忙不了的，通过父母，找远方亲戚
HashMap & Hashtable 的区别

存储：HashMap 运行 key 和 value 为 null，而 Hashtable 不允许。
线程安全：Hashtable 是线程安全的，而 HashMap 是非线程安全的。
推荐使用：在 Hashtable 的类注释可以看到，Hashtable 是保留类不建议使用，推荐在单线程环境下使用 HashMap 替代，如果需要多线程使用则用 ConcurrentHashMap 替代。
它们用法几乎一模一样

1.同步特性不同

HashMap 同一时间允许多个线程同时进行操作

效率较高 但是可能出现并发错误

Hashtable 同一时间只允许一个线程进行操作

效率较低 但是不会出现并发错误

*:Collections.synchronizedMap(hashmap);

2.对于null的处理不同

HashMap 无论主键还是值都可以存放null

只不过主键要求唯一 所以只能有一个null

Hashtable 对null"零容忍"

无论主键还是值 只要有null出现直接就空指针

3.底层实现的细节不同

HashMap 默认分为16个小组 可以指定 但是一定是2的n次方数组

计算散列小组的时候 使用：x & (分组组数-1)

Hashtable 默认分为11小组 可以随意指定(真的随意分)

计算散列小组的时候 使用：x % 分组组数

4.出现的版本不同：

HashMap since JDK1.2

Hashtable since JDK1.0

5.是否可以为null

Hashmap是允许key和value为null值的，用containsValue和containsKey方法判断是否包含对应键值对；HashTable键值对都不能为空，否则包空指针异常。

如何决定使用 HashMap 还是 TreeMap？

TreeMap<K,V>的Key值是要求实现java.lang.Comparable，所以迭代的时候TreeMap默认是按照Key值升序排序的；TreeMap的实现是基于红黑树结构。适用于按自然顺序或自定义顺序遍历键（key）。

HashMap<K,V>的Key值实现散列hashCode()，分布是散列的、均匀的，不支持排序；数据结构主要是桶(数组)，链表或红黑树。适用于在Map中插入、删除和定位元素。

结论
如果你需要得到一个有序的结果时就应该使用TreeMap（因为HashMap中元素的排列顺序是不固定的）。除此之外，由于HashMap有更好的性能，所以大多不需要排序的时候我们会使用HashMap，简单来说，需要排序就用TreeMap，不需排序则使用 HashMap。



.说一下 HashMap 的实现原理？

HashMap 基于 Hash 算法实现的，我们通过 put(key,value)存储，get(key)来获取。当传入 key 时，HashMap 会根据 key. hashCode() 计算出 hash 值，根据 hash 值将 value 保存在 bucket 里。当计算出的 hash 值相同时，我们称之为 hash 冲突，HashMap 的做法是用链表和红黑树存储相同 hash 值的 value。当 hash 冲突的个数比较少时，使用链表否则使用红黑树。

1.HashMap概述
HashMap是基于哈希表的Map接口的非同步实现。此实现提供所有可选的映射操作，并允许使用null值和null键。此类不保证映射的顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变。



实现原理：

HashMap使用数组加链表实现。每个数组中储存着链表。

当使用put方法储存key-value键值对时，会先调用key的hashCode方法，得到此key经特定哈希运算后的值，然后将此值通过其他运算（？）得到一个值，将这个值与(length-1)做或操作(&)，相当于对数组长度做取余操作。最终得到一个值作为此key在数组中的索引值，然后将key-value键值对储存进去。通过这种方法将储存的不同key-value键值对“散列”到数组的不同位置。



在储存的时候，如果索引位置尚无元素，那么直接储存。如果有元素，那么就调用此key的equals方法与原有的元素的Key进行比较。如果返回true，说明在这个equals定义的规则上，这两个Key相同，那么将原有的key保留，用新的value代替原来的value。如果返回false，那么就说明这两个key在equals定义的规则下是不同元素，那么就与此链表的下一个结点进行比较，知道最后一个结点都没有相同元素，再下一个是null的时候，就用头插法将此key-value添加到链表上。



HashMap对重复元素的处理方法是：key不变，value覆盖。



当使用get方法获取key对应的value时，会和储存key-value时用同样的方法，得到key在数组中的索引值，如果此索引值上没有元素，就返回null。如果此索引值上有元素，那么就拿此key的equals方法与此位置元素上的key进行比较，如果返回true。就返回此位置元素对应的value。如果返回false，就一直按链表往下比较，如果都是返回false，那么就返回null。



另外：HashMap在JDK1.8之后引入红黑树结构。HashMap是线程不安全的，线程安全的是CurrentHashMap，不过此集合在多线程下效率低。



说一下 HashSet 的实现原理？

HashSet实际上是一个HashMap实例，都是一个存放链表的数组。它不保证存储元素的迭代顺序；此类允许使用null元素。HashSet中不允许有重复元素，这是因为HashSet是基于HashMap实现的，HashSet中的元素都存放在HashMap的key上面，而value中的值都是统一的一个固定对象private static final Object PRESENT = new Object();

HashSet中add方法调用的是底层HashMap中的put()方法，而如果是在HashMap中调用put，首先会判断key是否存在，如果key存在则修改value值，如果key不存在这插入这个key-value。而在set中，因为value值没有用，也就不存在修改value值的说法，因此往HashSet中添加元素，首先判断元素（也就是key）是否存在，如果不存在这插入，如果存在着不插入，这样HashSet中就不存在重复值。

所以判断key是否存在就要重写元素的类的equals()和hashCode()方法，当向Set中添加对象时，首先调用此对象所在类的hashCode()方法，计算次对象的哈希值，此哈希值决定了此对象在Set中存放的位置；若此位置没有被存储对象则直接存储，若已有对象则通过对象所在类的equals()比较两个对象是否相同，相同则不能被添加。

iterator：返回对此set中元素进行迭代的迭代器 size：返回此set中元素的数量（set的容量） isEmpty：判断Hashset集合是否为空 contains：判断某个元素是否存在于HashSet中 add（）：如果此set中尚未包含指定元素，则添加指定元素



说一下HashMap和HashSet的实现原理？

HashMap 的实现原理：

HashMap是基于Hash算法实现的，

我们通过put（key，value）存储数据，通过get（key）来获取数据



当传入key时，HashMap会根据Key.hashCode()计算出Hash值，根据Hash值将value保存在bucket里 ，。



当计算出相同的Hash值时，我们称之为Hash冲突，HashMap 的做法是用链表和红黑树存储相同Hash值的value，

当hash冲突的个数比较少时，使用链表存储，

否则使用红黑树。



HashSet 的实现原理：

HashSet是基于HashMap实现的，HashSet 底层使用HashMap来保存所有元素，

因此HashSet 的实现比较简单，相关HashSet 的操作，基本上都是直接调用底层HashMap的相关方法来完成，HashSet不允许有重复的值，并且元素是无序的。

ArrayList 和 LinkedList 的区别是什么？
数据结构实现：ArrayList 是动态数组的数据结构实现，而 LinkedList 是双向链表的数据结构实现。
随机访问效率：ArrayList 比 LinkedList 在随机访问的时候效率要高，因为 LinkedList 是线性的数据存储方式，所以需要移动指针从前往后依次查找。
增加和删除效率：在非首尾的增加和删除操作，LinkedList 要比 ArrayList 效率要高，因为 ArrayList 增删操作要影响数组内的其他数据的下标。
综合来说，在需要频繁读取集合中的元素时，更推荐使用 ArrayList，而在插入和删除操作较多时，更推荐使用 LinkedList。

总结
ArrayList和LinkedList在性能上各有优缺点，都有各自所适用的地方，总的说来可以描述如下：
1．对ArrayList和LinkedList而言，在列表末尾增加一个元素所花的开销都是固定的。对ArrayList而言，主要是在内部数组中增加一项，指向所添加的元素，偶尔可能会导致对数组重新进行分配；而对LinkedList而言，这个开销是统一的，分配一个内部Entry对象。


2．在ArrayList的中间插入或删除一个元素意味着这个列表中剩余的元素都会被移动；而在LinkedList的中间插入或删除一个元素的开销是固定的。


3．LinkedList不支持高效的随机元素访问。


4．ArrayList的空间浪费主要体现在在list列表的结尾预留一定的容量空间，而LinkedList的空间花费则体现在它的每一个元素都需要消耗相当的空间


可以这样说：当操作是在一列数据的后面添加数据而不是在前面或中间,并且需要随机地访问其中的元素时,使用ArrayList会提供比较好的性能；当你的操作是在一列数据的前面或中间添加或删除数据,并且按照顺序访问其中的元素时,就应该使用LinkedList了。



ArrayList 和 Vector 的区别是什么？
线程安全：Vector 使用了 Synchronized 来实现线程同步，是线程安全的，而 ArrayList 是非线程安全的。
性能：ArrayList 在性能方面要优于 Vector。
扩容：ArrayList 和 Vector 都会根据实际的需要动态的调整容量，只不过在 Vector 扩容每次会增加 1 倍，而 ArrayList 只会增加 50%。
Array 和 ArrayList 有何区别？
Array 可以存储基本数据类型和对象，ArrayList 只能存储对象。
Array 是指定固定大小的，而 ArrayList 大小是自动扩展的。
Array 内置方法没有 ArrayList 多，比如 addAll、removeAll、iteration 等方法只有 ArrayList 有。
在 Queue 中 poll()和 remove()有什么区别？
相同点：都是返回第一个元素，并在队列中删除返回的对象。
不同点：如果没有元素 poll()会返回 null，而 remove()会直接抛出 NoSuchElementException 异常。
哪些集合类是线程安全的？
Vector、Hashtable、Stack 都是线程安全的，而像 HashMap 则是非线程安全的，不过在 JDK 1.5 之后随着 Java. util. concurrent 并发包的出现，它们也有了自己对应的线程安全类，比如 HashMap 对应的线程安全类就是 ConcurrentHashMap。

迭代器 Iterator 是什么？
Iterator 接口提供遍历任何 Collection 的接口。我们可以从一个 Collection 中使用迭代器方法来获取迭代器实例。迭代器取代了 Java 集合框架中的 Enumeration，迭代器允许调用者在迭代过程中移除元素。



Iterator 和 ListIterator 有什么区别？
Iterator 可以遍历 Set 和 List 集合，而 ListIterator 只能遍历 List。
Iterator 只能单向遍历，而 ListIterator 可以双向遍历（向前/后遍历）。
ListIterator 从 Iterator 接口继承，然后添加了一些额外的功能，比如添加一个元素、替换一个元素、获取前面或后面元素的索引位置。
怎么确保一个集合不能被修改？
可以使用 Collections. unmodifiableCollection(Collection c) 方法来创建一个只读集合，这样改变集合的任何操作都会抛出 Java. lang. UnsupportedOperationException 异常。

示例代码如下：

List<String> list = new ArrayList<>();
list. add("x");
Collection<String> clist = Collections. unmodifiableCollection(list);
clist. add("y"); // 运行时此行报错
System. out. println(list. size());package 面向对象;

public class java容器 {

}
